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ATLAB 脚本进行最小二乘法拟合

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发表于 2023-12-31 16:12 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个 MATLAB 脚本,用于进行最小二乘法拟合。脚本首先要求用户输入已知点的 x 和 y 坐标,然后输入拟合的多项式次数 n。脚本使用最小二乘法拟合数据,并绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。以下是对代码的主要部分的解释:
( {5 x- ^  }" @! ofunction fp = fitpt()
+ v/ H' F3 {8 N* X2 \% w    % 最小二乘
( ]5 a! s! h; x' g    % 基取 {1, x, ...}& ?7 v, \+ o0 J/ T
    % fitpt.m& n/ \  K  d# R

& r. X4 [7 h) v$ ~8 i    % 默认算例为课本:P65,例3.2. h: f) ^0 F9 ?$ q/ y
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]# p% h) E: P4 |' x" ?& l9 ^1 X
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]
+ j* S4 h2 i% {  n) ?: x8 ?4 v    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.6162# F) C! i# a% r' v5 L% \+ w1 i' |
" C! T7 Z) e1 `9 E6 D
    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)" D/ ~- p3 T+ m

% I9 Y8 J7 o! e0 W5 }$ ~3 i2 d+ e/ E    s = input('<最小二乘>\n输入已知点的x坐标:(回车表示[0,1,2,3,4,5,6,7])\n', 's');, m2 D, w( p. N. ?% X3 X
    if isempty(s)
2 F* {5 Q1 q5 x4 d        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
( }# }3 C7 H5 ]: M. L    else
5 I. v4 ]1 F. _" D  m. N        if (s(1) ~= '['), G$ o3 v4 P0 @: L2 W- S6 G( n$ G- `
            s = strcat('[', s);
$ j5 `7 f& z0 M) p9 u+ E% _/ J            s = strcat(s, ']');$ W9 n. O7 I4 [/ t" s
        end
4 m2 S5 x: S1 t0 ?    end
4 [; y7 ]/ E  X  e6 f6 T    x = sym(s);
, |6 C5 n& W7 S" r' i- K) B
/ e8 b4 ~% n# z/ V6 E    s = input('输入已知点的y坐标:(回车表示[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07])\n', 's');
% h  Z, |) y  K7 M: V; y4 E2 N    if isempty(s)
5 k$ f; a  [4 H1 V& i! u        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
3 R" V6 V# o, s; y3 v    else
+ G" l# K9 X: T" \0 {: E/ S* _        if (s(1) ~= '[')0 |9 Z$ h! ?4 u3 U& e9 r
            s = strcat('[', s);
! m7 g2 Z* o( j, z  B0 [! v6 I            s = strcat(s, ']');
3 v* Y/ x2 ~: N        end
4 n" G3 z( {8 q  ]5 L7 [) r    end7 s, m* A3 R0 h% d. y3 ?5 V7 h
    y = sym(s);
( L, N$ B; s! i! m% x    sz = size(x);! S/ u- W, K% L! k8 L8 ~7 u4 i
    sz = sz(2);" \0 I# O1 _2 n
    n = input('输入多项式次数n:');9 j2 n+ {# o% E8 ?, L8 r
    if (n + 1 > sz)
0 N0 `5 u3 C/ I9 W7 y$ i        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
  C( |: v. K" V$ o    end
7 `) a. u- K, |4 z* \    if (n + 1 > sz)6 K5 `* K) ?) ]/ z' V8 T
        error('多项式次数不能小于已知点个数!');& M1 d8 U# n; D: N
    end
( W% Q/ [2 K0 k# B! h6 }, I/ j    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
- M1 \0 L6 W0 \5 I9 X! _  o5 T( W! p! _1 s8 ~
    % 绘制原始数据点和拟合曲线
1 A5 s7 `. T7 Y7 s    plot(double(x), double(y), 'r*')
: L: D! h. U6 t5 X( b* w7 l    hold on
( V- O2 K5 \0 @4 {    a = double(x(1));
5 ?) ]: ~) D0 H' x+ n    b = double(x(sz));& M4 D" z; _# E2 I' z4 {* }- ]
    x = a:abs(b - 1)/100:b;
& E0 q  Y) Z. T2 e+ U1 H    y = subs(fp, x);
7 I1 p3 p+ G6 R( V    plot(x, y)
8 ^) Z) {3 f, k5 y. yend5 ^4 `& _/ b) v3 v
# L( `" Z1 }! T. p
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
+ o1 X( l3 b& ~
7 x9 Q( ^: P& o8 [- L- _- Hfunction f = s_fitpt_p(x, y, n)
. j# T3 s7 }5 u, d: `0 _& Z    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法8 Z+ Q1 S+ `( s. s4 L

4 o$ U1 b1 s0 k) Z! H    sz = size(x);
  r5 G( I6 ?$ }% K5 p5 U9 X. k- j0 f    sz = sz(2);
3 [7 Z$ N& A# D4 \* e    A = zeros(sz, n + 1);
0 @2 K+ o, D3 s! q8 Q7 I    v = vh(n);
# I- W# i% F# ]; n. j/ V3 o    for i = 1:sz
/ J. f1 C6 ~7 Y, j) s% k6 S( S: b, M        A(i, = subs(v, double(x(i)));
: U! T. b& i* z; V    end
: U8 y  ~2 h$ c$ u    f = linsolve(A' * A, A' * y');+ Z( y2 A& I" p. O8 e: |7 ^
    f = vpa(f, 4);
+ Y% e; g/ {( f1 d    f = v * f;: p! G2 b6 P0 H" c# l
end8 s) w$ X* }# N6 K' f2 b, k+ K

  Y) A' N) t. I  L( x%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
4 l; q% a* r) a+ N
, g; U, V' h) t4 Q4 F8 m- m7 Sfunction v = vh(n)4 M* F8 J/ }1 i& B) g
    % Create vector in horizontal style, such as 8 P/ r" H7 m1 r
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]) @: Q: s. Q, A3 t" ]

' s5 P6 w; d! [8 Y% ]    if (n < 0 || n > 9)7 R+ M* O4 }3 w) D' G8 W6 A
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
6 k1 B4 d2 _* i: E9 M; B. ?# Q. q' L    end
9 v9 t( S) {0 q/ d5 o2 d$ G  R, `3 y8 \    s = '';' @" {/ q3 }; e# V) q) |8 C
    for i = 0:n- g: z* Q3 X) I% e# E
        s = strcat(s, ',x^');
6 @- A! x# V! V, _" ?. U- Z1 i) X        s = strcat(s, num2str(i));" M) o) x+ h4 a4 [" n5 {/ n( I
    end# n+ T' R* ^" C. b$ A" ]" C
    s(1) = '[';4 P$ k7 ?3 \% ]) m' F2 K
    sz = size(s);
* B7 v/ O* k) F# X7 L. z    s(sz(2) + 1) = ']';
' @8 @, ~  W# z& Y
) p0 Y6 \2 [) g- Z    v = simplify(sym(s));
  O3 u* t. Z; W, B- X- Z- dend; _4 ?) u/ h' Q- `1 p
+ B0 _) I- M5 m( q* N( D1 k# f. B- |
这个脚本首先获取用户输入的已知点的 x 和 y 坐标,然后使用最小二乘法进行拟合。最后,脚本绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。
4 @4 Q6 ?) R. g& e* s
" `% ]+ y: m7 u, v& ~. ]
; ?' s7 P) }% m3 l$ p. ?
zan
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